火焰喷涂聚苯硫醚PPS复合涂层在水环境中的摩擦磨损性能研究.pdf

第六届全目表面工程学术AL,-tt 兰州 2006年8月 火焰喷涂聚苯硫醚(PPS)复合涂层在水环境中的 摩擦磨损性能研究 徐海燕L2，陈建敏1，周惠娣1，冯治中1 (1．中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，甘肃兰州730000； 2．中国科学院研究生院， 中国北京100039) 摘要：利用火焰喷涂技术在45。钢表面制备了炭纤维增强的聚苯硫醚复合涂层并研究了其结构和 力学性能，采用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了复合涂层同不锈钢对摩时在干摩擦与水环境 中的摩擦学性能，并对涂层及偶件磨损表面进行扫描电子显微分析，采用X射线光电子能谱仪分 析了偶件磨损表面典型元素的化学状态，探讨了涂层在水环境中的抗磨机理。结果表明：用火焰喷 涂工艺制备聚苯硫醚复合涂层的过程中，聚苯硫醚粉末未发生明显的降解与氧化；炭纤维含量影响 复合涂层的粗糙度、显微硬度及与底材的结合强度；在水环境中炭纤维增强聚苯硫醚涂层表现出比 聚苯硫醚涂层更优良的抗磨性能，这是由于水的冷却与冲刷作用使得复合涂层向偶件磨损表面的粘 着转移明显减轻的缘故。 关键词：火焰喷涂，聚苯硫醚(PPS)，炭纤维，复合涂层，水润滑，摩擦磨损性能 中图分类号：THll7．3 文献标识码：A 聚合物涂层由于具有低噪音，良好的绝缘性及耐磨等性能而被广泛用于航天、航空及医学等领 域n】。目前，制备聚合物涂层的方法很多，而火焰喷涂法广泛应用于制备聚合物涂层∞J。有文献报 道了火焰喷涂法制备聚合物涂层的物理性能研究及摩擦学性能研究【3一，而火焰喷涂无机填料改性 聚合物复合涂层性能研究较少。 聚苯硫醚是一种综合性能优异的特种工程塑料，与聚四氟乙烯并称“塑料之王”。Kawasel6]报 道了火焰喷涂法制备聚苯硫醚涂层的工艺过程及物理性能，对于填料填充的聚苯硫醚涂层的研究还 未见报道，为了拓宽聚苯硫醚材料的应用范围，本文作者采用火焰喷涂法制备了碳纤维增强的聚苯 硫醚涂层，对比考察了所制备的复合涂层在干摩擦与水环境中的摩擦磨损性能。 1实验部分 1,1涂层制备 IIm；炭纤维由南京玻纤院提供，长度 聚苯硫醚粉末由北京工业大学提供，平均粒径40～50 7511m左右。采用液相混合法对填料和基料粉末进行混合。首先采用无水乙醇稀释聚苯硫醚粉末至 糊状，然后用无水乙醇稀释炭纤维，将稀释好的炭纤维倒入聚苯硫醚稀释液中搅拌混合均匀，在电 磁炉上一边加热一边搅拌0．5h，最后放入烘箱中于90C下烘干，将烘干后的混合粉末过100目筛 la 至粒度80 m备用。为了提高填料与基料的结合强度，在稀释液中加入质量分数5％的KH560偶 联剂。火焰喷涂设备采用CMD-PS型塑料喷涂设备。底材为45#钢，燃气为乙炔气体，助燃气为压 缩空气。调节喷涂工艺参数：压缩空气0．35-0．45MPa,乙炔为0．05-0．10Mpa,送粉器0．350．40 MPa,空气幕0．35-0．40 基金项目：国家自然科学基金资助项目；中国科学院“百人计划”资助项目． 收稿日期：20(O-12．15；修回日期：2005-04-01／联系人陈建敏；e—mail：chenjm@lzb．ac．cn 作者简介：陈建敏，男，1959年生，博导，研究员，目前主要从事磨损失效及摩擦学表面工程研究。 第六届全圈表面工租学术会议 兰州 2006年8月 末及涂层进行分析。 1．2摩擦磨损试验 在MM．200型摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验，摩擦接触形式为环一块接触。涂层底材的 Itm，然后用丙酮棉球擦干净。试验条件为：速度0．425m／s， 打磨至表面粗糙度兄为0．100--一0．165 载荷100N，时间60min，干摩擦和蒸馏水润滑。用精度为0．01mm的读数显微镜测量涂层试块的磨痕 宽度，并换算成磨损率，每组数据均为3次平行试验测量结果的平均值．采用JSM-5600LV型扫描 电子显微镜(SEM)观测涂层表面磨损形貌及对偶转移磨形貌；采用X射线光电子能谱仪分析对 偶件磨损表面典型元素的化学状态，采用MH-5型显微硬度测试仪测量涂层的显微硬度，选用